De coëxistentie van de mens met het milieu en de duurzame ontwikkeling van de wereldeconomie zorgen ervoor dat mensen graag op zoek gaan naar een transportmiddel met lage emissies en hulpbronnen, en het gebruik van elektrische voertuigen is ongetwijfeld een veelbelovende oplossing.
Moderne elektrische voertuigen zijn veelomvattende producten waarin verschillende hightechtechnologieën zijn geïntegreerd, zoals elektriciteit, elektronica, mechanische besturing, materiaalkunde en chemische technologie. De algehele bedrijfsprestaties, zuinigheid, etc. zijn in de eerste plaats afhankelijk van het accusysteem en het motoraandrijfbesturingssysteem. Het motoraandrijfsysteem van een elektrisch voertuig bestaat doorgaans uit vier hoofdonderdelen, namelijk de controller. Stroomomvormers, motoren en sensoren. Momenteel omvatten de motoren die in elektrische voertuigen worden gebruikt over het algemeen gelijkstroommotoren, inductiemotoren, geschakelde reluctantiemotoren en borstelloze motoren met permanente magneten.
1. Basiseisen van elektrische voertuigen voor elektromotoren
De werking van elektrische voertuigen is, in tegenstelling tot algemene industriële toepassingen, zeer complex. Daarom zijn de eisen aan het aandrijfsysteem zeer hoog.
1.1 Motoren voor elektrische voertuigen moeten de kenmerken hebben van een groot onmiddellijk vermogen, een sterk overbelastingsvermogen, een overbelastingscoëfficiënt van 3 tot 4), goede acceleratieprestaties en een lange levensduur.
1.2 Motoren voor elektrische voertuigen moeten een breed scala aan snelheidsregelingen hebben, inclusief een constant koppelgebied en een constant vermogengebied. In het gebied met constant koppel is een hoog koppel vereist bij het rijden op lage snelheid om te voldoen aan de eisen van starten en klimmen; in het gebied met constant vermogen is een hoge snelheid vereist wanneer een laag koppel vereist is om te voldoen aan de eisen van rijden met hoge snelheid op vlakke wegen. Vereisen.
1.3 De elektromotor voor elektrische voertuigen moet regeneratief remmen kunnen realiseren wanneer het voertuig vertraagt, energie terugwinnen en terugsturen naar de batterij, zodat het elektrische voertuig de beste energiebenuttingsgraad heeft, wat niet kan worden bereikt in het voertuig met een verbrandingsmotor .
1.4 De elektromotor voor elektrische voertuigen moet over het gehele werkingsbereik een hoog rendement hebben, om het vaarbereik met één lading te verbeteren.
Daarnaast is het ook vereist dat de elektromotor voor elektrische voertuigen een goede betrouwbaarheid heeft, lange tijd kan werken in een ruige omgeving, een eenvoudige structuur heeft en geschikt is voor massaproductie, weinig geluid maakt tijdens bedrijf en gemakkelijk te gebruiken is. en onderhouden, en is goedkoop.
2 typen en besturingsmethoden van elektromotoren voor elektrische voertuigen
2,1 gelijkstroom
Motoren De belangrijkste voordelen van geborstelde gelijkstroommotoren zijn de eenvoudige bediening en volwassen technologie. Het heeft uitstekende regeleigenschappen die ongeëvenaard zijn door AC-motoren. In de vroeg ontwikkelde elektrische voertuigen worden meestal gelijkstroommotoren gebruikt, en zelfs nu worden sommige elektrische voertuigen nog steeds aangedreven door gelijkstroommotoren. Vanwege het bestaan van borstels en mechanische commutatoren beperkt dit echter niet alleen de verdere verbetering van het overbelastingsvermogen en de snelheid van de motor, maar vereist het ook regelmatig onderhoud en vervanging van borstels en commutatoren als de motor lange tijd draait. Bovendien is het, aangezien het verlies op de rotor bestaat, moeilijk om warmte af te voeren, wat de verdere verbetering van de motorkoppel-massaverhouding beperkt. Gezien de bovengenoemde gebreken aan gelijkstroommotoren worden gelijkstroommotoren in principe niet gebruikt in nieuw ontwikkelde elektrische voertuigen.
2.2 AC driefasige inductiemotor
2.2.1 Basisprestaties van AC driefasige inductiemotor
AC-driefasige inductiemotoren zijn de meest gebruikte motoren. De stator en rotor zijn gelamineerd met platen van siliciumstaal en er zijn geen sleepringen, commutatoren en andere componenten die tussen de stators met elkaar in contact staan. Eenvoudige structuur, betrouwbare werking en duurzaam. De vermogensdekking van de AC-inductiemotor is zeer breed en de snelheid bereikt 12000 ~ 15000 tpm. Er kan gebruik worden gemaakt van luchtkoeling of vloeistofkoeling, met een hoge mate van koelvrijheid. Het heeft een goed aanpassingsvermogen aan de omgeving en kan remmen met regeneratieve feedback realiseren. Vergeleken met gelijkstroommotoren met hetzelfde vermogen is het rendement hoger, wordt de kwaliteit met ongeveer de helft verminderd, is de prijs goedkoop en is het onderhoud handig.
2.2.2 Het besturingssysteem
van de AC-inductiemotor Omdat de AC driefasige inductiemotor niet direct gebruik kan maken van het gelijkstroomvermogen dat door de batterij wordt geleverd, en de AC driefasige inductiemotor niet-lineaire uitgangskarakteristieken heeft. Daarom is het in een elektrisch voertuig dat gebruik maakt van een driefasige AC-inductiemotor noodzakelijk om het vermogenshalfgeleiderapparaat in de omvormer te gebruiken om de gelijkstroom om te zetten in wisselstroom waarvan de frequentie en amplitude kunnen worden aangepast om de controle van de AC te realiseren. driefasige motor. Er zijn voornamelijk v/f-besturingsmethoden en slipfrequentie-besturingsmethoden.
Met behulp van de vectorbesturingsmethode worden de frequentie van de wisselstroom van de bekrachtigingswikkeling van de driefasige AC-inductiemotor en de terminalaanpassing van de driefasige AC-inductiemotor geregeld, de magnetische flux en het koppel van het roterende magnetische veld van de AC driefasige inductiemotor worden bestuurd en de verandering van de AC driefasige inductiemotor wordt gerealiseerd. De snelheid en het uitgangskoppel kunnen voldoen aan de eisen van de belastingsveranderingskarakteristieken en kunnen de hoogste efficiëntie bereiken, zodat de AC driefasige inductiemotor op grote schaal kan worden gebruikt in elektrische voertuigen.
2.2.3 Tekortkomingen van
AC driefasige inductiemotor Het stroomverbruik van een AC driefasige inductiemotor is groot en de rotor is gemakkelijk op te warmen. Het is noodzakelijk om de koeling van de AC driefasige inductiemotor tijdens hoge snelheid te garanderen, anders zal de motor beschadigd raken. De arbeidsfactor van de AC driefasige inductiemotor is laag, zodat de ingangsvermogensfactor van het frequentieomzettings- en spanningsomzettingsapparaat ook laag is, dus het is noodzakelijk om een frequentieomzettings- en spanningsomzettingsapparaat met grote capaciteit te gebruiken. De kosten van het besturingssysteem van de AC driefasige inductiemotor zijn veel hoger dan die van de AC driefasige inductiemotor zelf, wat de kosten van het elektrische voertuig verhoogt. Bovendien is de snelheidsregeling van de AC-driefasige inductiemotor ook slecht.
2.3 Borstelloze gelijkstroommotor met permanente magneet
2.3.1 Basisprestaties van borstelloze gelijkstroommotor met permanente magneet
Borstelloze gelijkstroommotor met permanente magneet is een krachtige motor. Het grootste kenmerk is dat het de uiterlijke kenmerken heeft van een gelijkstroommotor zonder een mechanische contactstructuur bestaande uit borstels. Bovendien maakt het gebruik van een permanente magneetrotor en is er geen sprake van excitatieverlies: de verwarmde ankerwikkeling is op de buitenste stator geïnstalleerd, waardoor de warmte gemakkelijk kan worden afgevoerd. Daarom heeft de borstelloze DC-motor met permanente magneet geen commutatievonken, geen radio-interferentie, een lange levensduur en betrouwbare werking. , eenvoudig onderhoud. Bovendien wordt de snelheid ervan niet beperkt door mechanische commutatie, en als er luchtlagers of magnetische ophangingslagers worden gebruikt, kan deze tot enkele honderdduizenden omwentelingen per minuut draaien. Vergeleken met het borstelloze gelijkstroommotorsysteem met permanente magneet heeft het een hogere energiedichtheid en een hoger rendement, en is het goed toepasbaar in elektrische voertuigen.
2.3.2 Het besturingssysteem van de borstelloze DC-motor met permanente magneet The
Een typische borstelloze gelijkstroommotor met permanente magneet is een quasi-ontkoppelend vectorbesturingssysteem. Omdat de permanente magneet alleen een magnetisch veld met een vaste amplitude kan genereren, is het borstelloze gelijkstroommotorsysteem met permanente magneet erg belangrijk. Het is geschikt voor gebruik in het gebied met constant koppel, waarbij doorgaans gebruik wordt gemaakt van de huidige hysteresiscontrole of de SPWM-methode met stroomfeedback. Om de snelheid verder uit te breiden, kan de borstelloze DC-motor met permanente magneet ook gebruik maken van veldverzwakkingsregeling. De essentie van veldverzwakkingsregeling is het vergroten van de fasehoek van de fasestroom om een demagnetisatiepotentieel op de directe as te verschaffen om de fluxkoppeling in de statorwikkeling te verzwakken.
2.3.3 Onvoldoende van
Borstelloze gelijkstroommotor met permanente magneet De borstelloze gelijkstroommotor met permanente magneet wordt beïnvloed en beperkt door het materiaalproces van de permanente magneet, waardoor het vermogensbereik van de borstelloze gelijkstroommotor met permanente magneet klein is en het maximale vermogen slechts tientallen kilowatt bedraagt. Wanneer het materiaal van de permanente magneet wordt blootgesteld aan trillingen, hoge temperaturen en overbelastingsstroom, kan de magnetische permeabiliteit ervan afnemen of demagnetiseren, wat de prestaties van de permanente magneetmotor zal verminderen en in ernstige gevallen zelfs de motor kan beschadigen. Overbelasting komt niet voor. In de constante vermogensmodus is de borstelloze gelijkstroommotor met permanente magneet ingewikkeld in de bediening en vereist deze een complex regelsysteem, wat het aandrijfsysteem van de borstelloze gelijkstroommotor met permanente magneet erg duur maakt.
2.4 Geschakelde weerstandsmotor
2.4.1 Basisprestaties van geschakelde reluctantiemotor
De geschakelde reluctantiemotor is een nieuw type motor. Het systeem heeft veel voor de hand liggende kenmerken: de structuur is eenvoudiger dan die van welke andere motor dan ook, en er zijn geen sleepringen, wikkelingen en permanente magneten op de rotor van de motor, maar alleen op de stator. Er is een eenvoudige geconcentreerde wikkeling, de uiteinden van de wikkeling zijn kort en er is geen interfase-jumper, die gemakkelijk te onderhouden en te repareren is. Daarom is de betrouwbaarheid goed en kan de snelheid 15.000 tpm bereiken. Het rendement kan 85% tot 93% bereiken, wat hoger is dan dat van AC-inductiemotoren. Het verlies zit voornamelijk in de stator en de motor is gemakkelijk te koelen; de rotor is een permanente magneet, die een breed snelheidsregelbereik en flexibele regeling heeft, waarmee gemakkelijk verschillende speciale eisen op het gebied van koppel-snelheidskarakteristieken kunnen worden bereikt, en een hoog rendement in een breed bereik handhaaft. Het is meer geschikt voor de vermogensprestatie-eisen van elektrische voertuigen.
2.4.2 Motorbesturingssysteem met geschakelde weerstand
Geschakelde reluctantiemotor heeft een hoge mate van niet-lineaire eigenschappen, daarom is het aandrijfsysteem complexer. Het besturingssysteem omvat een stroomomvormer.
A. De bekrachtigingswikkeling van de geschakelde reluctantiemotor van de stroomomvormerOngeacht de voorwaartse stroom of de tegenstroom blijft de koppelrichting ongewijzigd en wordt de periode gecommuteerd. Elke fase heeft slechts een stroomschakelaarbuis met een kleinere capaciteit nodig, en het stroomomzettercircuit is relatief eenvoudig, geen directe storing, goede betrouwbaarheid, eenvoudig te implementeren softstart en vierkwadrantwerking van het systeem, en sterk regeneratief remvermogen . De kosten zijn lager dan die van het inverterbesturingssysteem van de AC driefasige inductiemotor.
B. Controleur
De controller bestaat uit microprocessors, digitale logische circuits en andere componenten. Volgens de commando-invoer van de bestuurder analyseert en verwerkt de microprocessor de rotorpositie van de motor, die tegelijkertijd wordt teruggekoppeld door de positiedetector en de stroomdetector, en neemt in een oogwenk beslissingen en geeft een reeks uitvoeringscommando's af aan bestuur de geschakelde reluctantiemotor. Aanpassen aan de werking van elektrische voertuigen onder verschillende omstandigheden. De prestaties van de controller en de aanpassingsflexibiliteit zijn afhankelijk van de prestatiesamenwerking tussen de software en hardware van de microprocessor.
C. Positiedetector
Geschakelde reluctantiemotoren vereisen zeer nauwkeurige positiedetectoren om het besturingssysteem te voorzien van signalen van veranderingen in de positie, snelheid en stroom van de motorrotor, en vereisen een hogere schakelfrequentie om het geluid van de geschakelde reluctantiemotor te verminderen.
2.4.3 Tekortkomingen van geschakelde reluctantiemotoren
Het besturingssysteem van de geschakelde reluctantiemotor is iets ingewikkelder dan de besturingssystemen van andere motoren. De positiedetector is het belangrijkste onderdeel van de geschakelde reluctantiemotor en de prestaties ervan hebben een belangrijke invloed op de besturing van de geschakelde reluctantiemotor. Omdat de geschakelde reluctantiemotor een dubbel opvallende structuur heeft, zijn er onvermijdelijk koppelschommelingen en is ruis het belangrijkste nadeel van de geschakelde reluctantiemotor. Onderzoek van de afgelopen jaren heeft echter aangetoond dat het geluid van de geschakelde reluctantiemotor volledig kan worden onderdrukt door gebruik te maken van redelijke ontwerp-, productie- en besturingstechnologie.
Bovendien moet, vanwege de grote fluctuatie van het uitgangskoppel van de geschakelde reluctantiemotor en de grote fluctuatie van de gelijkstroom van de stroomomvormer, een grote filtercondensator op de DC-bus worden geïnstalleerd.Auto's hebben in verschillende historische perioden verschillende elektromotoren gebruikt, waarbij gebruik werd gemaakt van de gelijkstroommotor met de beste regelprestaties en lagere kosten. Met de voortdurende ontwikkeling van motortechnologie, machinebouwtechnologie, vermogenselektronicatechnologie en automatische besturingstechnologie, AC-motoren. Borstelloze gelijkstroommotoren met permanente magneet en geschakelde reluctantiemotoren presteren beter dan gelijkstroommotoren, en deze motoren vervangen geleidelijk gelijkstroommotoren in elektrische voertuigen. Tabel 1 vergelijkt de basisprestaties van verschillende elektromotoren die in moderne elektrische voertuigen worden gebruikt. Momenteel zijn de kosten van wisselstroommotoren, permanentmagneetmotoren, geschakelde reluctantiemotoren en hun besturingsapparatuur nog relatief hoog. Na massaproductie zullen de prijzen van deze motoren en regelapparatuur snel dalen, wat zal voldoen aan de eisen van economische voordelen en de prijs van elektrische voertuigen zal verlagen.
Posttijd: 24 maart 2022